أقسام المقالة
حل سؤال: من أين تستخرج الفلزات؟
- إجابة السؤال هي : من الخامات المعدنية في الصخور، معالجتها بالصهر والتحليل الكيميائي.
شرح الإجابة :
تُعد الفلزات من الموارد الثمينة التي لا غنى عنها في حياتنا اليومية، فهي تدخل في صناعة كل شيء تقريبًا، من الهواتف الذكية وحتى الجسور الضخمة. لكنها لا توجد عادةً بشكلها النقي جاهزة للاستخدام؛ بل تتواجد غالبًا ضمن تركيبات معقدة تُعرف باسم الخامات المعدنية. هذه الخامات عبارة عن صخور تحتوي على تركيز كافٍ من فلز معين يجعل استخراجه منها اقتصاديًا ومجديًا.
تتوزع هذه الخامات في أماكن متفرقة ضمن القشرة الأرضية، وتختلف طريقة تشكلها وتركيبها باختلاف الظروف الجيولوجية التي مرت بها المنطقة عبر ملايين السنين. تبدأ رحلة الحصول على الفلزات بتحديد هذه المواقع الغنية بالخامات، وهي مهمة علمية دقيقة تعتمد على دراسات الجيولوجيا وعلم المعادن.
بعد تحديد مواقع الخامات، تأتي مرحلة التعدين، وهي العملية الأولية لاستخراج الصخور الحاملة للفلزات من باطن الأرض أو من سطحها. هناك طريقتان رئيسيتان للتعدين؛ الأولى هي التعدين السطحي، والتي تُستخدم عندما تكون الخامات قريبة من السطح، وتتضمن إزالة الطبقات العلوية من التربة والصخور للوصول إلى الخام المطلوب.
أما الطريقة الثانية، فهي التعدين الباطني، وتُطبق عندما تكون الخامات مدفونة في أعماق كبيرة تحت الأرض. تتطلب هذه الطريقة حفر أنفاق وممرات معقدة للوصول إلى مكان الخام واستخراجه. وفي كلتا الحالتين، تبدأ العملية بتكسير الصخور الكبيرة إلى قطع أصغر لسهولة التعامل معها ونقلها.
بمجرد استخراج الصخور الحاوية على الخام، تنتقل إلى مرحلة المعالجة الأولية أو التركيز. الهدف هنا هو فصل الخام المعدني الثمين عن المواد الصخرية غير المرغوب فيها، والتي تُعرف باسم الجانج. تُكسر الصخور المستخرجة وتُطحن إلى جزيئات صغيرة جدًا، ثم تُستخدم تقنيات متعددة لفصل الفلزات.
من أبرز هذه التقنيات ما يسمى بـ الفصل الفيزيائي، مثل الفرز بناءً على الكثافة أو الخصائص المغناطيسية، حيث يُمكن فصل الجزيئات الأثقل أو المغناطيسية عن غيرها. هناك أيضًا طريقة التعويم الرغوي، وهي عملية كيميائية فيزيائية تُستخدم لفصل الجزيئات الدقيقة للفلزات عن الجانج بالاعتماد على اختلاف خصائص أسطحها، مما يجعلها تلتصق بالرغوة وتُطفو على السطح.
بعد تركيز الخام، يصبح جاهزًا لمرحلة الاستخلاص النهائي للفلزات، وهي قلب العملية التحويلية. تُستخدم هنا طريقتان رئيسيتان: الأولى هي الصهر، وهي عملية حرارية عالية تُجرى في أفران صهر متخصصة. في هذه الأفران، يُسخن الخام المركز إلى درجات حرارة مرتفعة جدًا، عادةً ما تُضاف إليه المواد الصاهرة (fluxes) للمساعدة في إزالة الشوائب، مما يؤدي إلى انصهار الفلز وتجمعه في شكل سائل منفصل عن الشوائب. هذا هو الأسلوب الشائع لاستخلاص فلزات مثل الحديد من خام الهيماتيت والنحاس من خام الكالكوبيريت.
أما الطريقة الثانية، فهي التحليل الكيميائي أو التحليل الكهربائي. تُستخدم هذه التقنيات بشكل خاص للفلزات الأكثر نشاطًا أو تلك التي تتطلب نقاءً عاليًا، مثل الألومنيوم. على سبيل المثال، يُستخلص الألومنيوم من خام البوكسيت عن طريق عملية التحليل الكهربائي لمحلول البوكسيت المنصهر. وفي سياق متصل، تُستخدم طرق الاستخلاص الكيميائي (leaching) لاستخلاص فلزات مثل الذهب والفضة، حيث تُذوب هذه الفلزات في محاليل كيميائية ثم تُسترجع لاحقًا.
بعد عملية الاستخلاص، غالبًا ما تحتاج الفلزات إلى مزيد من التنقية لإزالة أي شوائب متبقية، وهي عملية تُعرف بـ التكرير. يُمكن أن يتم ذلك أيضًا عن طريق التحليل الكهربائي أو طرق أخرى تضمن الحصول على فلزات عالية النقاء. أخيرًا، تُحوّل هذه الفلزات النقية غالبًا إلى سبائك عن طريق خلطها بفلزات أو عناصر أخرى لتعزيز خصائصها، مثل زيادة قوتها أو مقاومتها للتآكل، ثم تُستخدم في الصناعات التحويلية التي تدعم الاقتصاد العالمي. ومن الضروري الإشارة إلى أن جميع هذه العمليات يجب أن تُراعي معايير الاستدامة البيئية للحد من آثارها على كوكبنا.
أسئلة شائعة
ما هو الخام المعدني؟
الخام المعدني هو صخر طبيعي يحتوي على تركيز كافٍ من معدن أو فلز معين، مما يجعل استخراجه منه مربحًا اقتصاديًا. إنه المصدر الأساسي الذي نحصل منه على معظم الفلزات التي نستخدمها.
هل توجد جميع الفلزات على شكل خامات؟
معظم الفلزات توجد على شكل خامات مرتبطة بعناصر أخرى. ومع ذلك، هناك بعض الفلزات النبيلة مثل الذهب والبلاتين، ويُمكن أن توجد أحيانًا في الطبيعة بصورتها النقية أو شبه النقية، لكنها ما زالت تُستخرج عادةً من مناطق غنية بها.
ما الفرق بين التعدين وعلم الفلزات؟
التعدين هو عملية استخراج الخامات المعدنية من الأرض. بينما علم الفلزات (أو الميتالورجيا) هو الفرع العلمي والهندسي الذي يتعامل مع الخصائص الفيزيائية والكيميائية للفلزات، ومعالجتها، واستخلاصها، وتنقيتها، وصناعة السبائك منها.
ما أهمية تنقية الفلزات؟
تنقية الفلزات ضرورية جدًا لأن الشوائب الموجودة في الفلز المستخرج تُمكن أن تؤثر سلبًا على خصائصه، مثل تقليل قوته أو توصيليته الكهربائية أو مقاومته للتآكل. تضمن عملية التنقية الحصول على فلزات عالية الجودة تلبي متطلبات الاستخدامات الصناعية المختلفة.
ما هي التحديات البيئية لاستخلاص الفلزات؟
تُواجه عملية استخلاص الفلزات عدة تحديات بيئية، منها تدمير الموائل الطبيعية بسبب عمليات التعدين، وتلوث المياه والتربة بالمواد الكيميائية المستخدمة في المعالجة، وكذلك انبعاثات الغازات الدفيئة من أفران الصهر. لذلك، تسعى الصناعة جاهدة لتطبيق ممارسات أكثر استدامة.